DE3701700A1 - Verfahren zur herstellung festhaftender, aus elastomerem polyurethan bestehender ueberzuege - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung festhaftender, aus elastomerem Polyurethan bestehender Überzüge, wobei diese als Hauptkomponenten aus Polybutadienen mit endständigen Hydroxylgruppen und Isocyanaten hergestellt worden sind und flüssig auf die zu beschichtenden Oberflächen aufgetragen werden.

Beschichtungsstoffe aus Polybutadienen zeichnen sich durch sehr gute chemische Beständigkeit aus und sind zahlreichen anderen, herkömmlichen, elastischen Beschichtungsstoffen überlegen. Beispielsweise weisen Beschichtungsstoffe aus hydroxylgruppenhaltigen Polyestern mit Isocyanaten meist eine unbefriedigende Alkalibeständigkeit auf, während Polybutadiene im allgemeinen dagegen eine ausgezeichnte Alkali- und Säurebeständigkeit besitzen. Bei diesen Beschichtungsstoffen werden hochwertige elastische Eigenschaften gefordert. Nachteil bekannter Polybutadien-Polyurethan-Beschichtungen ist oft ihre mangelhafte Haftung gerade auf grundierten Oberflächen. Häufig zeigen Beschichtungen auch die Eigenschaft, daß sie bei fortgeschrittener Vernetzungsreaktion nach anfänglich guter Haftung als Film von der Grundierung abziehbar werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung festhaftender, aus elastomerem Polyurethan bestehender Überzüge der zuvorgenannten Art, das die Herstellung von porenfreien und ausreichend schnell erhärtenden sowie auch auf metallischen Unterlagen wie Teilen aus Stahl und auch Baukörpern aus nichtmetallischen Werkstoffen wie Beton gut haftenden und einen temporären Korrosionsschutz bietenden Beschichtungen ermöglicht sowie nach dem Verfahren hergestellte Überzüge mit diesen Eigenschaften. Weiterhin soll der Untergrund im Rahmen dieses Verfahrens durch das Grundierungsmittel hinsichtlich Poren und Fehlstellen egalisiert werden und dieses erforderlichenfalls durch Zusatz geeigneter Füllstoffe spachtelfähig gemacht werden, damit beispielsweise Betonoberflächen entsprechend saniert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient das erfindungsgemäße Verfahren, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die zu beschichtende Oberfläche mit einer mittelharten Grundierung auf Basis eines ungesättigten Polyesterharzes versehen wird, und daß auf diese Grundierungsschicht eine haftvermittelnde Schicht auf Basis von Rizinusöl und/oder Rizinus-Alkydharzen und/oder hydroxylgruppenhaltigen Alkydharzen mit einem Isocyanathärter aufgetragen wird, auf welche anschließend nach geeignetem Zeitablauf die Polyurethanbeschichtung aufgetragen wird.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 7 näher beschrieben.

Es wurde gefunden, daß bei unmittelbarem Auftrag von Polybutadien- Polyurethan-Beschichtungen auf die verschiedensten Grundierungen entweder keine oder nur eine temporäre Haftung auftritt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird auf die zu beschichtende Oberfläche zunächst eine mittelharte Grundierung auf Basis eines ungesättigten Polyesterharzes aufgebracht, wobei dieses "Grundierungsmittel" geeignet ist, Poren und Fehlstellen, beispielsweise in Beton, abzudichten, ausreichend schnell zu erhärten und auch auf metallischen Unterlagen wie Unterlagen aus Stahl eine gute Haftung und einen temporären Korrisionsschutz zu ergeben. Ein solches ungesättigtes Polyesterharz kann auch mittels geeigneter Füllstoffe als Spachtel eingesetzt werden. Ungesättigte Polyesterharze sind handelsübliche Produkte.

Auf einer solchen Grundierungsschicht aus ungesättigtem Polyesterharz haften elastomere Polyurethanbeschichtungen auf Basis Polybutadien jedoch sehr schlecht. Gemäß der Erfindung wird daher eine haftvermittelnde Schicht aufgebracht. Diese haftvermittelnde Schicht besteht aus einer Zusammensetzung auf Basis von Rizinusöl und/oder Rizinus-Alkydharzen und/oder hydroxylgruppenhaltigen Alkydharzen mit einem Isocyanathärter, wobei vorzugsweise Isocyanathärter auf Basis von reinem oder modifiziertem Diphenylmethandiisocyanat (MDI) oder modifiziertem Toluylendiisocyanat (TDI) oder Isophorondiisocyanat (IPDI) eingesetzt werden. Bei diesen Substanzen handelt es sich ebenfalls um handelsübliche Produkte. In diesen haftvermittelnden Schichten können auch noch bis 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtbestandteile, an sogenannten Stellmitteln, z.B. Textilfasern oder mineralische Fasern oder auch andere pulverförmige Füllstoffe, eingegeben werden. Zur Erzielung einer ausreichenden Reaktionsgeschwindigkeit können den Massen für die haftvermittelnde Schicht noch geringe Anteile von an sich bekannten, geeigneten Aminbeschleunigern zugesetzt werden. Die haftvermittelnde Schicht kann mittels geeigneter Beschichtungswerkzeuge, z.B. mittels Kellen oder Spritzgeräten auf die Grundierung aus ungesättigtem Polyesterharz, welches selbstverständlich ausgehärtet sein muß, aufgebracht werden. Die Aushärtungszeit der haftvermittelnden Schicht beträgt beispielsweise 5 Stunden bei 20°C.

Auf diese haftvermittelnde Schicht wird dann die eigentliche Beschichtung aus elastomerem Polyurethan, wobei diese aus den Hauptkomponenten Polybutadien mit endständigen Hydroxylgruppen und Isocyanaten hergestellt worden ist, aufgebracht. Solche Beschichtungsmassen für die Endschicht sind in Form ihrer Rohstoffe im Handel erhältlich. Diese Massen für die Endbeschichtung aus elastomerem Polyurethan können neben den unbedingt erforderlichen Bestandteilen zur Bildung des Polyurethans auch noch Stellmittel, z.B. Textilfasern oder mineralische Fasern oder auch fein zerteilte bzw. pulverförmige Füllstoffe, überlicherweise in Mengen bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtbestandteile, enthalten. Weiterhin werden diese Massen vor der Verarbeitung in üblicher Weise mit Beschleunigern, z.B. aminhaltigen Beschleunigern, versetzt, wodurch Verarbeitungszeiten von 10 min bis 2 h bei 20°C erreicht werden.

Bei der Herstellung der haftvermittelnden Schicht als auch der abschließenden Polyurethanbeschichtung ist darauf zu achten, daß wasserfreie bzw. entwässerte Ausgangsstoffe verwendet werden.

Der Auftrag der abschließenden Polyurethanbeschichtung erfolgt nach Verfestigung der haftvermittelnden Schicht, wobei dieser Auftrag der Polyurethan-Endschicht jedoch vorteilhafterweise bereits zu einem Zeitpunkt erfolgt, bei welchem die haftvermittelnde Schicht noch nicht vollständig vernetzt ist.

Als Grundierungsmittel werden vorteilhafterweise Harze mit mittlerer bis höherer Reaktivität verwendet, z. B. Harze auf Basis von 2,2 Dimethyl-1,3-propandiol, gelöst in Styrol, welche als Beschleuniger substituierte Aniline oder Toluidine enthalten und durch Zugabe von Benzoylperoxid ausgehärtet werden. Die Verwendung von reaktiven ungesättigten Polyesterharzen, welche besonders hart und wenig anquellbar sind, z.B. Harze auf Basis von Polyterephthalsäureester sowie Vinylesterharze sind für die Grundierungsschicht weniger geeignet.

Bei der haftvermittelnden Schicht ist es in manchen Fällen erforderlich, ein Lösungsmittel mitzuverwenden, falls die Ausgangskomponenten keine ausreichende flüssige Mischung ergeben. Flüssige und gleichzeitig lösungsmittelfreie Isocyanathärter- Einstellungen lassen sich jedoch mit Isophorondiisocyanat sowie entsprechenden Addukten dieser Verbindung herstellen, wobei die Reaktionsgeschwindigkeit jedoch wesentlich langsamer ist als bei Zusammensetzungen mit einem Gehalt an MDI-Komponenten.

In allen drei Schichten der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Überzüge können an sich bekannte, übliche Zusatzstoffe enthalten sein, z.B. Farbstoffe, Pigmente und Alterungsschutzmittel. Alterungsschutzmittel für Polyurethane sind beispielsweise Carbodiimide sowie sterisch gehinderte Phenole und sekundäre aromatische Amine. Ebenfalls können in den einzelnen Schichten, insbesondere in der Polyurethan-Endschicht, auch Lichtschutzmittel wie Bis-benzooxazole, Cumarinderivate und Bis(styryl)-biphenyle verwendet werden.

Als Aminbeschleuniger können tertiäre Amine eingesetzt werden, weiterhin Triethylendiamin in Verbindung mit organischen Zinnkomplex-Katalysatoren.

Die Haftung der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Überzüge kann mittels des sogenannten "Peeling"-Test gemäß DIN 53 530 oder 53 531 geprüft werden, wobei die Haftkraft des Teststreifens 2 N/mm betragen sollte.

Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Ein Betonuntergrund wurde mit einem Grundierungsspachtel beschichtet, der aus einer Grundierungslösung bestand, die ein nicht vorbeschleunigtes, ungesättigtes Polyesterharz auf Basis von 2,2-Dimenthyl-1,3-propandiol, gelöst in Styrol und beschleunigt mit substituierten Toluidinen (ca. 2% einer 20-%igen Lösung in Styrol, bezogen auf Harzlösung) bestand. Als Härter für diese Grundierungslösung wurden 2% Benzoylperoxid (50-%iges Pulver) verwendet. Dieser Grundierungslösung wurde nach Zugabe des Benzoylperoxid ein Anteil von 50 Gew.-% eines pulverförmigen Stellmittels in Form von gemahlenem Quarzmehl, vermengt mit textilen Fasern, zugegeben und eingearbeitet. Diese Grundierspachtelmasse wurde dann gleichmäßig auf die Betonoberfläche aufgebracht und aushärten gelassen.

Nach einer Aushärtungszeit von 24 Stunden wurde eine haftvermittelnde Beschichtung mit folgender Zusammensetzung aufgetragen:

Rizinusöl100 Gew.-Teile Polyisocyanat (reines MDI) 40 Gew.-Teile Stellmittel (Textilfasern)  4 Gew.-Teile

Zu dieser Beschichtungsmasse wurde noch ein Aminbeschleuniger (z.B. Triethylendiamin) zugesetzt und dann die Beschichtungsmasse auf die ausgehärtete Grundierungsschicht mittels Kelle aufgebracht. Nach einer Aushärtungszeit von 5 Stunden bei 30°C, d.h. vor Abschluß der vollständigen Aushärtung dieser haftvermittelnden Zwischenschicht, erfolgte der Auftrag der Endbeschichtung aus elastomerem Polyurethan.

Die Zusammensetzung der Masse für die Endbeschichtung war:

Polybutadien mit endständigen
Hydroxylgruppen100 Gew.-Teile Dipropylenglykol 12 Gew.-Teile Stellmittel (Textilfasern)  4 Gew.-Teile Polyisocyanat (reines MDI) 40 Gew.-Teile

Zu dieser Beschichtungsmasse wurde ein aminhaltiger Beschleuniger zugesetzt, damit eine Verarbeitungszeit von etwa 30 min bei 20°C erreicht wurde.

Der Peeling-Test ergab bei diesem Beispiel Werte < 2 N/mm bzw. vorzeitigen Abriss der abzuziehenden Endbeschichtung.

Claims (8)

1. Verfahren zur Herstellung festhaftender, aus elastomerem Polyurethan bestehender Überzüge, wobei diese als Hauptkomponenten aus Polybutadienen mit endständigen Hydroxylgruppen und Isocyanaten hergestellt worden sind und flüssig auf die zu beschichtenden Oberflächen aufgetragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu beschichtende Oberfläche mit einer mittelharten Grundierung auf Basis eines ungesättigten Polyesterharzes versehen wird, und daß auf diese Grundierungsschicht eine haftvermittelnde Schicht auf Basis von Rizinusöl und/oder Rizinus-Alkydharzen und/oder hydroxylgruppenhaltigen Alkydharzen mit einem Isocyanathärter aufgetragen wird, auf welche anschließend nach geeignetem Zeitablauf die Polyurethanbeschichtung aufgetragen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isocyanathärter auf Basis von reinem oder modifiziertem Diphenylmethandiisocyanat (MDI) oder modifiziertem Toluylendiisocyanat (modifiziertem TDI) oder Isophorondiisocyanat (IPDI) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als haftvermittelnde Schicht eine Mischung aus Rizinusöl, Rizinus- Alkydharz oder hydroxylgruppenhaltigem Alkydharz und Diphenylmethandiisocyanat oder modifiziertes Diphenylmethandiisocyanat als Härter in einem Mischungsverhältnis Hydroxylgruppen zu Isocyanatgruppen von 75 bis 120% des stöchiometrischen Verhältnisses verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Hydroxylgruppen zu den Isocyanatgruppen in der haftvermittelnden Schicht auf 90 bis 110% des stöchiometrischen Verhältnisses eingestellt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mischung für die haftvermittelnde Schicht bis zu 15 Gew.-% eines als Verdünnungsmittel dienenden Alkohols, bezogen auf die übrigen Bestandteile der Schicht, verwendet werden, wobei dessen Hydroxylgruppen stöchiometrisch zur Berechnung des Isocyanatanteils zu berücksichtigen sind.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der haftvermittelnden Schicht an sich bekannte Hilfsstoffe wie Stellmittel, mineralische Fasern, kolloidale Kieselsäure, Aluminiumseifen, Alterungsschutzmittel, Farbstoffe und/oder Pigmente mitverwendet werden.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der haftvermittelnden Schicht zur Herabsetzung der Viskosität nicht mit den Bestandteilen der Schicht reagierende Lösungsmittel verwendet werden.

8. Festhaftende, aus elastomerem Polyurethan bestehende Überzüge, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.